北斗三频周跳探测与修复算法研究

载波相位观测值已越来越多地应用到增强系统中,由于观测环境影响,载波相位测量不可避免地会产生周跳,周跳的成功探测与修复是提高导航定位精度的一个重要因素。针对北斗卫星导航系统三频观测数据,分析其不同线性组合观测值的特性,选取合适的组合系数,形成一个伪距相位组合和两个无几何相位组合,采用历元间差分的方法探测和修复组合观测值的周跳,然后还原求解出原始信号的周跳,最后通过实验验证了该方法的可行性。     

双频Android手机GPS/BDS伪距单点定位增强方法与性能评估CSCD

针对双频GNSS手机不同运动状态下的定位性能,从原始观测值质量入手进行分析,设计并比较了多种定位算法的有效性。首先,采集了华为mate30、荣耀20pro、小米10三款双频手机的原始观测数据,从DOP值、信噪比、伪距残差等方面对观测数据质量进行了分析评估。其次,设计了静态和动态实验,利用最小二乘法(LSM)、加权最小二乘法(WLS)(高度角定权、信噪比定权)、Kalman滤波法进行单点定位解算。静态测试结果表明,基于LSM的三款手机定位精度在E、N方向上分别优于2.04m和2.24m,信噪比定权相比高度角定权可使平面定位精度平均提高8.5%;动态测试结果表明,Kalman滤波可有效提高精度性能,平面定位精度平均提高7.2%,但三款手机的动态测试表现明显低于静态测试。     

基于小波变换的GPS载波相位周跳检测与修复

载波相位周跳检测与修复是实现GPS高精度定位的难点之一。小波变换具有空间局部性好的特点,本文利用小波变换把载波相位观测量分解为高频和低频分量,提出了利用小波系数局部极值点检测相位周跳的方法。基于载波相位和多普勒频率共同约束的埃尔米特多项式,外推周跳时刻载波相位,与观测值比较确定周跳的大小,从而修复周跳。利用飞机实际观测数据和仿真的高动态数据进行了计算,给出了计算结果,表明该方法可以对高动态情况下载波相位周跳进行准确探测和修复。     

Android智能手机双频GNSS伪距差分动态定位性能分析

随着智能手机全球导航卫星系统(GNSS)天线和芯片从单频单模向多频多模快速发展,基于其所衍生出来的位置服务(LBS)应用极大地便利了大众用户的日常生活.然而受限于低成本、低功耗的信号接收与处理单元,手机在无增强信息的情况下仅依赖伪距单点定位难以为用户提供稳定、高精度的导航服务.因此,基于小米8手机(Mi8)的GNSS双频原始数据,采用非组合的双频伪距观测值、载波历元差分观测值和多普勒观测值构建了滤波定位模型,并引入伪距差分数据,以提升手机定位的连续性和精度.在较复杂环境下开展了行人和车载实验,实测结果表明:双频定位精度与单频相比提升了15％～30％,伪距差分定位精度和单点定位相比提升了5％～20％,行人和车载双频伪距差分定位的平面位置误差分别为0.65m和1.03m,基本满足手机用户在城市复杂环境下的高精度定位服务需求.     

面向低成本GNSS接收机终端的周跳修复策略

载波相位周跳是影响低成本GNSS接收机观测质量的主要因素之一.提出了一种面向低成本GNSS接收机终端的周跳修复策略,通过两种不同观测结果的联合检测以避免时钟和星历突变导致的误修复,并利用载噪比和多项式拟合误差检测载波观测中的无效观测,旨在提升低成本接收机在多径等复杂场景下载波相位观测的可用性.该策略仅使用了单频载波相位和载噪比信息,适用于各类低成本的接收设备.分别在开阔场景和多径场景下使用小米8手机和F9P接收机进行观测试验,结果表明,所有的有效载波相位观测得到了正确修复,仅约0.7％的无效观测被误修复,验证了所提策略的有效性.     

北斗三频载波相位组合与相对定位研究

通过分析北斗二代一期三频载波相位观测量间误差的相关性,提出基于解算不定方程求解特定波长和电离层延迟下噪声最优的线性组合系数;分析了不同类型组合观测量的误差特性,鉴于由不同原始载波相位观测量组成的各种线性组合在模糊度解算、电离层延迟修正等方面的优势,选择了三组宽巷组合作为中长基线模糊度解算的推荐方案。在此基础上,利用北斗三频接收机进行了4次40km范围内的静态基线相对定位试验,分析了北斗三频组合观测在中长基线情况下模糊度固定的效率和相对定位的精度。结果表明,推荐的三组宽巷组合方案至多需要5次测量即可准确固定模糊度;在10km范围内采用北斗单频测量的相对定位精度与采用三频组合测量的精度相当;超过20km之后采用北斗多频消电离层组合的相对定位精度明显高于单频测量,最多能够提高71.4%。     

Blewitt周跳探测方法的改进

在精密单点定位中,能否准确可靠地探测载波相位观测量中出现的周跳,直接影响到定位的精度及可靠性。本文概述了Blewitt周跳探测方法的基础原理,并对周跳的探测算法进行了改进,将电离层残差组合观测量一次差的变化是否超限作为周跳存在与否的判断依据。最后利用一段人为加入了几个典型周跳组合的双频观测数据进行验证,结果表明,改进后的算法能准确探测出两个载波上大于1周的任意周跳,提高了周跳探测的准确性。     

基于差分卫星导航的着舰引导技术分析

着舰引导技术是航母/舰载机系统的核心技术,差分卫星导航相对定位精度高,广泛应用于近距离相对定位,基于差分卫星导航的着舰引导技术是当前着舰引导技术研究的热点.载波相位周跳是影响差分卫星导航相对定位精度的关键因素.本文在分析基于差分卫星导航的着舰引导系统架构的基础上,提出一种改进的包含周跳的卡尔曼滤波模型.该模型能够削弱差分卫星导航相对定位处理流程中载波相位周跳影响,提高相对定位精度,试验结果证明了本文所提卡尔曼滤波模型的有效性.     

低成本GNSS接收机芯片载波相位测量技术

当前具备载波相位测量的GNSS接收机能够实现高精度定位,但其成本高、体积大,难以广泛应用于大批量的手机、平板电脑等消费电子产品。针对ST公司的STA8090接收机芯片并改进其软件和晶振以获得载波相位信息,采用双差和三差方程测试评估载波相位测量的精度,与测绘型接收机进行对比。基于改进的STA8090接收机芯片构建双天线定姿系统原型样机,静态测试评估了相对定位和定向精度。研究结果表明,千米级静态相对定位精度优于0.01m,在1.23m基线条件下定向精度优于0.1°。因此,采用低成本GNSS接收机芯片实现高精度载波相位测量的技术方案是可行的,具备广阔的市场应用前景。     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。     

优选小波神经网络在周跳探测与修复中的应用

北斗导航定位过程中,传统的周跳探测与修复方法缺乏检验环节,无法保证修复结果的可靠性。为此,提出了一种级联式小波变换结合NARX神经网络多步循环预测修复的方法处理周跳问题。该方法通过构造载波相位双差模型检验量,探测周跳发生历元,采用NARX神经网络预测方法修复周跳,利用优选小波基函数进行周跳修复效果检验。实验证明,相较于经验模态分解和变分模态分解等模态分解法,优选小波神经网络周跳探测与修复方法可用于小周跳探测并判断出周跳正负性;构造的NARX神经网络周跳修复模型,解决了普通神经网络模型和传统多项式拟合法容易造成的二次奇异值问题。相较于长短期记忆(LSTM)和门控循环单元(GRU)深度学习神经网络模型,周跳预测精度分别提高了45.2%和55.9%。     

Carrier phase navigation architecture for shipboard relative GPS

Carrier phase differential GPS (DGPS) navigation architectures and algorithms for automatic shipboard landing of aircraft are described. Processing methodologies are defined to provide high integrity carrier phase cycle estimation and positioning by optimally exploiting the complementary benefits of measurement filtering and satellite geometric redundancy for the terminal navigation problem. Navigation performance sensitivity to the standard deviations of raw carrier and code phase measurement errors, measurement error correlation times, and the filtering duration is quantified. Necessary conditions to ensure acceptable terminal navigation availability are specifically defined.     

全自动主着陆/着舰引导数据解算与融合算法

针对舰载机全自动自主着陆/着舰对飞机定位精确要求高的需求,提出了一种利用卫星导航和雷达联合进行信息融合精确定位算法。文章采用载波相位差分定位、野值剔除和序贯异类数据融合技术,有效提高了对飞机的定位引导精度和可靠性。     

基于强跟踪UPF的重力梯度辅助定位方法

针对重力梯度辅助定位中,存在重力梯度的强非线性分布及系统模型偏差等问题,将STUPF引入匹配定位过程。该方法根据残差信息实时调节系统状态跟踪能力,有效应对模型偏差对定位的影响。基于真实INS数据的仿真实验结果表明,STUPF可达到较好的定位效果,且与标准PF、GPF算法相比,其在定位的精度、稳定性及运算量上具有一定优势。     

改进的Chan-粒子滤波算法超宽带室内三维定位

针对超宽带室内定位时容易受到非视距误差的影响，导致定位精度大大下降，甚至无法准确定位的问题，提出了一种融合粒子滤波的改进Chan定位新方法。首先，在Chan定位方法中引入模拟退火算法，对到达时间差（TDOA）算法的测量值进行优化，获得初步定位的最优解；然后，采用粒子滤波对测量值进行再次优化，粒子重采样后得到的中心位置即为目标节点的精确位置。仿真和实验结果均表明，该算法能有效提高在非视距环境下超宽带室内定位的精度，较好地消除非视距误差的干扰。